激光熔覆是一種表面改性技術(shù)，又叫激光熔敷或激光包覆，采用高能量激光作為熱源，合金粉末作為焊材，通過激光與合金粉末同步作用于金屬表面，快速熔化形成熔池，再快速凝固形成致密、均勻并且厚度可控的冶金結(jié)合層。可顯著改善金屬表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能。
激光熔覆是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)冶金過程，激光參數(shù)的設(shè)置對熔覆層質(zhì)量的影響較大。除此之外，合金粉末的選擇也是重要的因素。
激光熔覆合金粉末按照材料成分構(gòu)成，主要分為自熔性合金粉末、復(fù)合粉末和陶瓷粉末。其中，自熔性合金粉末的研究與應(yīng)用最多。
一、自熔性合金粉末
自熔性合金粉末可以分為鐵基(Fe)、鎳基(Ni)、鈷基(Co)合金粉末，其主要特點(diǎn)是含有硼和硅，因而具有自脫氧和造渣性能;還含有較高的鉻，因而具有優(yōu)異的耐蝕性和抗氧化性。對碳鋼、不銹鋼、合金鋼、鑄鋼等多種基材有較好的適應(yīng)性，能獲得氧化物含量低、氣孔率小的熔覆層。
01 鐵基(Fe)自熔性合金粉末
鐵基自熔性合金粉末最大優(yōu)點(diǎn)是材料來源廣泛、成本低且抗磨性能好。缺點(diǎn)是熔點(diǎn)高、抗氧化性差，熔覆層易開裂、易產(chǎn)生氣孔等。在鐵基合金粉末成分中，通過調(diào)整合金元素含量來調(diào)整涂層的硬度，并通過添加其它元素改善熔覆層的硬度、開裂敏感性和殘余奧氏體的含量，從而提高熔覆層的耐磨性和韌性。
02 鎳基(Ni)自熔性合金粉末
鎳基(Ni)自熔性合金粉末在滑動(dòng)、沖擊磨損和磨粒磨損嚴(yán)重的條件下，單純的自熔性合金粉已不能勝任使用要求，此時(shí)可在自熔性合金粉末中加入各種高熔點(diǎn)的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物陶瓷顆粒，制成金屬復(fù)合涂層。
03 鈷基(Co)自熔性合金粉末
鈷基(Co)自熔性合金粉末具有優(yōu)良的耐熱、耐蝕、耐磨、抗沖擊和抗高溫氧化性能，常被應(yīng)用于石化、電力、冶金等工業(yè)領(lǐng)域。目前，鈷基合金所用的合金元素主要是鎳、碳、鉻和鐵等。其中，鎳元素可以降低鈷基合金熔覆層的熱膨脹系數(shù)，減小合金的熔化溫度區(qū)間，有效防止熔覆層產(chǎn)生裂紋，提高熔覆合金對基體的潤濕性。
二、復(fù)合材料
復(fù)合材料主要是指碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及硅化物等各種高熔點(diǎn)硬質(zhì)陶瓷材料與金屬混合或復(fù)合而形成的粉末體系，可分為(Co、Ni)/WC等系列。它將金屬的強(qiáng)韌性、良好的工藝性和陶瓷材料優(yōu)異的耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化特性有機(jī)結(jié)合起來，能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解，從而獲得具有很高耐磨和硬度的涂層。
三、陶瓷材料
陶瓷材料主要包括硅化物陶瓷粉末和氧化物陶瓷粉末，其中，又以氧化物陶瓷粉末(氧化鋁和氧化鋯)為主。氧化鋯比氧化鋁陶瓷粉末具有更低的熱導(dǎo)性和更好的熱抗震性能，因而也常用于制備熱障涂層。 由于陶瓷粉末具有優(yōu)異的耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化特性，所以它常被用于制備高溫耐磨耐蝕涂層。 不同熔覆材料的特點(diǎn)、價(jià)格以及熔覆后的性能差別較大，實(shí)際使用時(shí)可根據(jù)不同的加工需求選擇不同性能的合金粉末。 通過激光將合金粉末熔覆在工件表面(激光熔覆)，可以在廉價(jià)金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質(zhì)，有效降低生產(chǎn)成本，節(jié)約貴重稀有金屬材料。與堆焊、熱噴涂、電鍍等傳統(tǒng)表面處理技術(shù)相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大、加工質(zhì)量高、可控性好(可實(shí)現(xiàn)三維自動(dòng)加工)等優(yōu)點(diǎn)。 目前主要應(yīng)用于材料表面改性(如液壓立柱、軋輥、齒輪、燃汽輪機(jī)葉片等)，產(chǎn)品表面修復(fù)(如因磨損而失效的轉(zhuǎn)子、模具、軸承內(nèi)孔等)，修復(fù)后的部件強(qiáng)度可達(dá)原強(qiáng)度的90%以上，且修復(fù)費(fèi)用不到產(chǎn)品換新成本的1/5，更重要的是縮短了維修時(shí)間，有效解決了大型企業(yè)重大成套設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)部件快速搶修難題。
端口內(nèi)孔激光修復(fù)
此外，對關(guān)鍵部件表面通過激光熔覆耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命。對模具表面進(jìn)行激光熔覆處理，不僅提高模具強(qiáng)度，還可以降低2/3的制造成本，縮短4/5的制造周期。
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資料來源于：激光制造網(wǎng)